آشنایی با بیومواد و بیوسرامیک‌ها

پیشرفت سریع شاخه های مختلف علم زمینه را برا یتوسعه مواد پزشکی فراهم کرده است و لزوم انجام تحقیقات میان رشته ای در زمینه مواد پزشکی روز به روز افزایش می یابد. پدید آمدن این مواد، درمان های جدیدی را برای بیماری های مختلف امکان پذیر خواهد ساخت، بیماری هایی که هم اکنون گفته میشود غیرقابل درمان هستند.علیرغم این واقعیت که دستاوردهای علمی در زندگی و علوم فیزیکی با سرعت زیادی به نتیجه می رسند، پیشرفت نوآوری های پزشکی از این نرخ سرعت تبعیت نمی کنند.
همواره مواد سرامیکی برای استفاده در صنایع شیمیاییف فولاد و شیشه تولید شده اند، به طوری که این مواد را می توان در شرایط مختلف مانند دمای بالا، اتمسفر احیایی یا مایعات خورنده به کار برد.
با پیدایش راکتورهای هسته ای سرامیک های خاصی مورد توجه قرار گرفت. از خصوصیات این سرامیک ها می توان به این موارد اشاره کرد: مقاومت در برابر موج تابشی بالا و تغییرات وسیع دمایی، عدم آسیب دیدگی در حضور مایعات خورنده به طوری که از نظر مکانیکی و ابعادی پایدار باشند و طی سالهای متمادی بدون هیچ گونه ترک و یا مشکلی باقی بمانند.
عصر فضا نیز سرامیک را به عنوان ماده ای که سهم اساسی در ساخت شاتل ناسا و موشک دارد، معرفی کرد. امروزه حتی زندگی بشر ممکن است وابسته به پیوندهای سرامیکی به کار برده شده در بدن موجود زنده باشد.
این محیط مسلماً با راکتور هسته ای و یا فضای بیرون کمی متفاوت است. البته کمتر یکسان و بیشتر متفاوت است.
استفاده از مواد فرعی در پیوندهای جراحی مطلب جدیدی نیست. در دوران قبل از میلاد مسیح نشانه هایی از جایگزینی اجزای استخوانی در قسمت هایی از بدن که به شدت صدمه دیده بود، مشاهده می شود. در اواسط قرن ۱۹، علم طوری پیشرفت کرد که جایگزینی و ترمیم قسمت های مختلف بدن با مواد خارجی را ممکن ساخت. متأسفانه علم مختص به مواد پیشرفت چندانی نکرد و پیوندهایی که توسط جراحان استفاده می شد، از جنس برنز و مس بود.
این اجزای پیوندی بر اثر گسترش خوردگی در معرض آسیب دیدن قرار می گرفتند. اما امروزه پزشکی جدید به سمت استفاده از محدوده گسترده ای از مواد برای رفع نواقص بدن انسان سوق داده شده است.
توسعه شیمی پلیمر برا ی جراحان امکان استفاده از اجزای پیوندی جدیدی که از مواد مختلف ساخته می شدند را فراهم کرد، مانند کره های پلاستیکی و دیسک هایی که به عنوان دریچه های قلب مصنوعی به کار می روند.
متالورژی مدرن آلیاژهای جدیدی را معرفی کرد که می توان از آنها برای ساخت گسترۀ وسیعی از وسایل ارتوپدی استفاده کرد، مانند پلاک ها، پیچ هایی برای استخوان شکسته و مفصل های ران مصنوعی. گرچه فلزات به راحتی به شکل مورد نظر برای یک کاربرد خاص در می آیند، ولی به شدت در محیط بدن انسان خورده می شوند و این بیشتر در مورد اعضای مصنوعی ران و جایگزین قطعه های استخوان بدن یا استخوان صورت که در اثر بیماری یا آسیب دیدگی باید ترمیم شوند، رخ می دهد.
هم اکنون تحقیقات برای یافتن ماده مناسب در زمینه سرامیک ها در حال انجام است، هیچ ماده ای را که در بدن موجود زنده قرار می گیرد، نمی توان به طور کامل بی اثر دانست. تنها مادۀ کاملاً هماهنگ با محیط فیزیولوژیکی، بافت خود ترمیم کننده است. سرامیک ها به علت ذات ماده بر خلاف فلزات خورده نمی شوند.
پیشرفت های اخیر در علم سرامیک زمینۀ توسعه محدوده وسیعی از مواد با خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی مناسب جهت استفاده برای اجزای پیوندی بلند مدت در داخل بدن انسان را فراهم کرده است.
واژۀ سرامیک به معنی مادۀ آلی و غیرفلزی است و از خواص آنها میتوان به شکل گیری در نزدیک دمای اتاق و سپس محکم شدن پیوندها در روند فیزیکی زینترینگ اشاره کرد سرامیک ها در برابر برش ترد و حساس هستند، اما تحمل بیولوژیکی زیاد آنها باعث استفاده از این مواد در پزشکی شده است. بیوسرامیک ها اخیراً در زمینه کاربردهای پزشکی مورد مطالعه قرار گرفته اند، گرچه بسیاری از این مواد مدت طولانی است که در بخش مکانیکی دندانی بسیار باارزشند، همانند پیچ های دندانی.
در سال ۱۹۶۳، اسمیت، برای نخستین بار از مواد سرامیکی برای جایگزینی استخوان استفاده کرد. مطالعات بیشتری در این زمینه، مفید بودن این مواد را در کاربردهای پزشکی به اثبات رساند.
تمایل فعلی برای استفاده از سرامیک ها در جراحی های ارتوپدی یا حدأقل در اعضای مصنوعی با تحمل بار بالا، از مقاومت شیمیایی بالای اثبات شدۀ این مواد سرچشمه می گیرد، خاصیتی که به بدن موجود زنده اجازه تحمل این مواد را می دهد. ثابت شده است که بسیاری از مواد سرامیکی به کاربرده شده رد اجزای پیوندی، از نظر پزشکی بی اثر بوده و بافت های بدن با نشان دادن واکنشی جزئی به جزء خارجی آنها را تحمل می کنند.
انتظار داشتن این خواص از آنجا ناشی می شود که سرامیک ها ترکیباتی هستند که با پیوندهای کوالانت- یونی به صورت بین مولکولی محکم به هم متصل شده اند و بیشترین موادی که در زمینه ارتوپدی به کار می رود، ترکیبات کاملاً اکسید شده است. خاصیت مکانیکی عالی مواد سرامیکی تحت نیروی فشاری موجب کاربرد آنها در اعضای مصنوعی میشود. سرامیک ها همچنین به علت نقطه ذوب و محدود بودن چکش خواری به سختی شکل می گیرند. این خاصیت کار با آنها را سخت می سازد زیرا امکان شکل دادن آنها یا ریخته گری در قالب یا ساخت قطعات با تکنیک های خاص به طور مستقیم وجود ندارد. (این همان علتی است که ما را به استفاده از آلیاژهای فلزی و مواد پلیمری ترغیب می کند.)
آلومینا به طور وسیعی به عنوان جزء مفصل بندی در اجزای مصنوعی مفصل ها به کار می رود. زیرا دارای ضریب مالشی (اصطکاک) کم و مقاومت پوششی فوق العاده است. از آلومینا، همچنین در کاربردهای دندانی به علت هماهنگی زیاد با نسوج بدن استفاده می شود. هیدروکسی آپاتیت به خاطر توانایی در برقراری پیوند شیمیایی با استخوان به سرعت به ماده ای برای کاربردهای دندانی تبدیل شد.
بنابراین هم خواص مثبت و هم منفی را میتوان به سرامیک نسبت داد. خواص منفی کاربرد سرامیک ها را محدود می کند و خواص مثبت تضمین کنندۀ کیفیت مسلم سرامیک ها در هماهنگی بافتی است. استفاده از تکنیک های متالورژی پودر امکان تولید به طور خاص امکان ایجاد تخلخل را برا یما فراهم می کند که برای رشد داخل بافت بدن و تثبیت ابزار پیوندی در بدن مفید است.

منبع : انجمن کامپوزیت ایران